투광형 비정질 실리콘 박막 태양전지 제조 및 입사광량 변화에 따른 양면 발전 성능연구 :Semi-transparent amorphous silicon thin film solar cell fabrication and bifacial performance investigation by light intensity variation

서영훈

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자료유형: 학위논문

저자정보: 서영훈 (동아대학교, 동아대학교 대학원)

지도교수: 최보훈, 조준식

발행연도: 2020

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이용수33

이 논문의 연구 히스토리 (3)

2020

투광형 비정질 실리콘 박막 태양전지 제조 및 입사광량 변화에 따른 양면 발전 성능연구

서영훈 신소재물리학과 2020.01 학위논문

2019

광흡수층 두께에 따른 투광형 비정질 실리콘 박막 태양전지의 양면발전 성능특성

서영훈 , 이아름 , 신민정 외 6명 Current Photovoltaic Research 2019.12 학술저널

투광형 비정질 및 탠덤 실리콘 박막 태양전지의 p-nc-SiC:H 도핑층에 따른 성능특성 조사

서영훈 , 이아름 , 조아라 외 6명 한국신·재생에너지학회 학술대회 초록집 2019.05 학술대회자료

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건물의 에너지 소비 특성을 개선하기 위해, BIPV (building-integrated photovoltaics) 시스템에 맞춰 창호와 다양한 형태로 적용될 수 있는 투광형 태양전지를 연구하였다. 투광 특성에 유리한 TCO (transparent conducting oxide) 투명 전극 물질을 전면 및 후면에 사용하여 양면 발전이 가능한 형태로 투광형 비정질 실리콘 (a-Si:H) 박막 태양전지를 제조하였다. 전면 TCO 투명 전극 물질은 FTO (fluorine doped tin oxide)를 이용하였으며, 수소 플라즈마 하에서 손상을 방지하기 위해, AZO (aluminum-doped zinc oxide)를 얇게 증착하였다. 그 위로 플라즈마 화학 기상 증착 (plasma enhanced chemical vapor deposition, PECVD) 법을 이용하여 실리콘 박막을 p-i-n 구조로 증착하였으며, 실리콘 원자간 결함을 제어하기 위해 수소화처리를 하였다. p층 (p-nc-SiC:H, window layer)은 실리콘 카바이드 층으로 형성하여, 광흡수층 (absorber)에서의 단파장 빛 에너지의 흡수를 증대시켰다. 후면 TCO 전극으로 낮은 면 저항과 장기안정성이 뛰어난 ITO (indium-doped tin oxide)박막을 증착하였다. 사용된 기판과 실리콘 박막층의 특성을 파악하기 위해, TEM (transmission electron microscope), AFM (atomic force microscopy), 총 반사도 (total reflectance), 산란 반사도 (diffuse reflectance), Haze factor, Hall effect, Raman 분석을 하였다. 고품질의 태양전지를 제조하기 위해, 광흡수층의 두께와 전면 입사층 (window layer)인 p층의 두께를 조정하였으며 투과, 반사, 흡수도와 EQE (external quantum efficiency), Photo I-V 특성을 분석하였다. 태양전지의 광흡수층 두께를 두껍게 증착할수록 단락전류밀도 (short circuit current density, Jsc)와 광전변환효율 (power conversion efficiency, PCE)이 상승하고, 평균 가시광 투과율 (average visible transmittance, AVT)이 감소하는 경향을 파악하였으며, p층의 두께를 조정하여 투과도의 감소 없이 효율을 증대시켜 광전변환효율 7.94%의 결과를 얻었다. 그리고 최적화된 a-Si:H 태양전지의 전면과 후면 방향 각각에서 광 조사강도 변화에 따른 특성을 파악하여, 다양한 조명환경에서 태양전지의 실제적인 정보를 나타내었다. 또한, 미세결정질 실리콘 박막 태양전지 (nc-Si:H)의 특성을 분석하였으며, 최적화된 a-Si:H 태양전지를 기반으로 한 탠덤 실리콘 박막 태양전지를 제조하여 양면 효율 9%의 고성능의 태양전지를 구현하였다. 연구 결과를 통해, 양면 발전이 가능한 투광형 실리콘 박막 태양전지가 PV 응용 분야에 적용될 때에 우수한 성능과 기능성을 갖춘 태양전지로 제조되었음을 확인하였다.

#BIPV #TCO #a-Si:H

Ⅰ. 서론 1
Ⅱ. 이론 4
1. 실리콘 박막 태양전지 4
가. 비정질 실리콘 4
나. 미세결정질 실리콘 7
다. 탠덤 실리콘 태양전지 9
라. 태양전지 원리 11
2. 양면 태양전지 16
가. 구조 16
나. 재료, 실리콘 카바이드 19
3. 광 조사량 20
Ⅲ. 실험 방법 25
1. 실리콘 박막 태양전지 제조 방법 25
가. AZO Sputter 25
나. PECVD 29
다. 후면전극 증착 33
2. 측정방법 36
가. 격자구조, 계면분석 및 표면분석 36
나. 전기적, 광학적 특성분석 38
다. I-V 특성분석 41
라. 양자효율 특성분석 45
Ⅳ. 실험 결과 47
1. 기판 특성분석 47
2. 단위 박막 비정질 및 미세결정질 실리콘 특성분석 53
3. 비정질 실리콘 박막 태양전지 특성분석 56
가. 광흡수층 두께별 특성분석 58
나. p층 두께별 특성분석 66
다. 광량 변화에 따른 태양전지 특성분석 71
4. 미세결정질 실리콘 박막 태양전지 특성분석 74
5. 탠덤 실리콘 박막 태양전지 특성분석 83
Ⅴ. 결론 91
참고문헌 94
Abstract 98

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